[C#] 图像亮度值采集速度的比较

当使用GetPixel或SetPixel方法在C＃中获取或设置图像的亮度值时，速度变慢，因此，通常通过将按钮的LockBits设置为UnlockBits来获取或设置亮度。进而比较了处理时间。

环境
OS	Windows10 64bit ver.1809
CPU	Intel Core i7-7700K 4.2GHz
Memory	32GB
.NET Framework	4.5.2
平台	Any CPU (32Bit 优先)
评价影像	JPEG 6,000 x 4,000px 24bit Color

该测试使用了一个程序，该程序获取R,G,B中彩色图像的亮度值，然后反转强度值并再次替换它们。

处理结果如下：亮→暗→亮→暗。
处理时间：测量5次迭代的平均时间。

1. GetPixel, SetPixel的使用方法

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2. 在LockBits~UnlockBits获取点（Scan0），复制并处理数据后，如何根据结果重新复制

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/// <summary>
/// LockBits和UnlockBits获取图像数据作为点，并按数组顺序对其进行处理
/// </summary>
/// <param name="bmp"></param>
private void NegativeImage2(Bitmap bmp)
{
var width = bmp.Width;
var height = bmp.Height;
// 把Bitmap Lock
var bmpData = bmp.LockBits(
new Rectangle(0, 0, width, height),
System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadWrite,
bmp.PixelFormat
);
// 获取内存宽度的Byte数
var stride = Math.Abs(bmpData.Stride);
// 用于存储图像数据的数组
var data = new byte[stride * bmpData.Height];
// Bitmap复制资料
System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(
bmpData.Scan0,
data,
0,
stride * bmpData.Height
);
byte r, g, b;
int lineIndex = 0;
for (int y = 0; y < height; y++)
{
for (int x = 0; x < width * 3; x += 3)
{
// 亮度值获取
r = data[lineIndex + x + 2];
g = data[lineIndex + x + 1];
b = data[lineIndex + x]; ;
// 亮度值设定
data[lineIndex + x + 2] = (byte)(255 - r);
data[lineIndex + x + 1] = (byte)(255 - g);
data[lineIndex + x] = (byte)(255 - b);
}
lineIndex += stride;
}
// 将数组复制到Bitmap数据
System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(
data,
0,
bmpData.Scan0,
stride * bmpData.Height
);
// Unlock
bmp.UnlockBits(bmpData);
}
平均处理时间为 101msec

3. 使用Marshal类的ReadByte和WriteByte方法,将值直接读取和写入指针（Scan0）

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/// <summary>
/// 如何使用Marshal类的ReadByte和WriteByte获取亮度值
/// </summary>
/// <param name="bmp"></param>
private void NegativeImage3(Bitmap bmp)
{
var width = bmp.Width;
var height = bmp.Height;
// Bitmap Lock
var bmpData = bmp.LockBits(
new Rectangle(0, 0, width, height),
System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadWrite,
bmp.PixelFormat
);
// 获取内存宽度的Byte数
var stride = Math.Abs(bmpData.Stride);
byte r, g, b;
int lineIndex = 0;
var ptr = bmpData.Scan0;
for (int y = 0; y < height; y++)
{
for (int x = 0; x < width * 3; x += 3)
{
// 获得亮度值
r = System.Runtime.InteropServices.Marshal.ReadByte(ptr, lineIndex + x + 2);
g = System.Runtime.InteropServices.Marshal.ReadByte(ptr, lineIndex + x + 1);
b = System.Runtime.InteropServices.Marshal.ReadByte(ptr, lineIndex + x);
// 亮度值设定
System.Runtime.InteropServices.Marshal.WriteByte(ptr, lineIndex + x + 2, (byte)(255 - r));
System.Runtime.InteropServices.Marshal.WriteByte(ptr, lineIndex + x + 1, (byte)(255 - g));
System.Runtime.InteropServices.Marshal.WriteByte(ptr, lineIndex + x, (byte)(255 - b));
}
lineIndex += stride;
}
// Unlock
bmp.UnlockBits(bmpData);

平均处理时间为273.6msec

4. 如何直接使用Unsafe读取和写入指针（Scan0）

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5. 如何使用指针进行读写以及如何使用Parallel.For并行处理

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6. 加载之前处理的资料并使用的软件

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pictureBox1.SizeMode = PictureBoxSizeMode.Zoom;
var bmp = new Bitmap(@"C:\Temp\syurijou.JPG"); // 6000 x 4000 x 24bit
pictureBox1.Image = bmp;
var sw = new System.Diagnostics.Stopwatch();
MessageBox.Show("开始");
sw.Start();
// GetPixel、SetPixel
NegativeImage1(bmp);
sw.Stop();
pictureBox1.Refresh();
MessageBox.Show($"NegativeImage1: {sw.ElapsedMilliseconds} msec");
sw.Reset();
sw.Start();
// 考虑到排列的方法
NegativeImage2(bmp);
sw.Stop();
pictureBox1.Refresh();
MessageBox.Show($"NegativeImage2: {sw.ElapsedMilliseconds} msec");
sw.Reset();
sw.Start();
// MershalのReadByte、WriteByte
NegativeImage3(bmp);
sw.Stop();
pictureBox1.Refresh();
MessageBox.Show($"NegativeImage3: {sw.ElapsedMilliseconds} msec");
sw.Reset();
sw.Start();
// usafe的指针
NegativeImage4(bmp);
sw.Stop();
pictureBox1.Refresh();
MessageBox.Show($"NegativeImage4: {sw.ElapsedMilliseconds} msec");
sw.Reset();
sw.Start();
// usafe指针的并行处理
NegativeImage5(bmp);
sw.Stop();
pictureBox1.Refresh();
MessageBox.Show($"NegativeImage5: {sw.ElapsedMilliseconds} msec");

结论

根据处理方式的处理时间

根据处理方法的处理时间因版本和Bit而异，如下所示。
当运行32Bit时，.NET Framework的4.5.2和4.7.2之间没有显着差异，但是在相同版本的.NET Framework中比较32bit和64Bit的操作，我们可以获得的结果为64Bit更快。

.NET Framework 4.5.2 – 32Bit 基本

方法	处理时间 (ms)
GetPixel, SetPixel	27,439
考虑使用LockBits和UnlockBits安排的处理	101
Marshal系列的ReadByte, WriteByte	273.6
Unsafe 用指针处理	25.4
Unsafe 指针并行处理	11.4

.NET Framework 4.7.2 – 32Bit 基本

方法	处理时间 (ms)
GetPixel, SetPixel	27,293.4
考虑使用LockBits和UnlockBits安排的处理	101.8
Marshal系列的ReadByte, WriteByte	290.8
Unsafe 用指针处理	24.4
Unsafe 指针并行处理	9.8

.NET Framework 4.7.2 – 64bit 基本

方法	处理时间 (ms)
GetPixel, SetPixel	21,281.2
考虑使用LockBits和UnlockBits安排的处理	85.4
Marshal系列的ReadByte, WriteByte	213.6
Unsafe 用指针处理	27.2
Unsafe 指针并行处理	9.2

[注意事项]

本博客的内容摘自总部位于AVALDATA的软件工程师Akira Yaskawa运营的博客(Imaging Solution.net)有关更多信息，请参阅Yaskawa先生的博客。
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